从17世纪微积分被发现时开始,直到今天,它在科学技术,以至于各行各业中一直发挥着关键性的作用。在那个科学发现遍地开花的时代,是微积分推动着科学不断前行。后来,微积分继续促进了商业和社会的发展。甚至,对于前往月球以及太空中更远的地方完成太空任务来说,微积分也做出了重要贡献。
“微积分通常用来计算某些物体的应力,包括建筑物、桥梁,甚至管道。”摩尔-拉索说。所有这些物体都有不能够被超越的最大应力。一旦超过这个最大值,物体的结构就会遭到破坏,甚至坍塌。导数可以帮助工程师和科学家计算出函数将在什么时候达到它的最大值或最小值。
也许某一天你会开始做生意。导数可以帮你制定价格、计算最大利润,以及研究市场行情等。积分也可以在这些领域发挥作用。想象一下你开始了一桩新生意。起初,你可能会赔钱,接下来你可能会盈利。积分可以帮你算出总共赚了或赔了多少,或者在一个特定时间段内的盈利情况。
微积分也可以帮环境科学家解决一些问题。比如,美国俄亥俄州立大学的诺埃尔·阿诺伊休斯(Noel Aloysius)和同事非常担心化肥污染,因为这会增加发生水华的概率。这也是位于美国和加拿大边界的伊利湖存在的一个问题。下雨时,雨水进入土壤,可以溶解肥料。一些雨水渗入地下,形成地下水。也有一些进入农田的排水沟,流入小溪。当发生大暴雨时,大量堆积的雨水无法迅速渗入地下或者汇入溪流,就会淹没农田,冲走农田里过多的肥料。这些肥料随着雨水流入小溪和小河,最后汇入湖泊。
“接着,土壤发生了变化,农田利用类型发生变化,斜率也发生了变化。”阿诺伊休斯说。为了计算有多少化肥随着雨水经过了漫长的旅程后进入了伊利湖,他的研究团队使用了一种计算机模型。该模型使用积分的方法列出了方程,就是先计算出在这么广阔的面积中每个小区域内发生了什么,再把它们相加。
在电工电子技术领域,科学家和工程帅的工作也离不开导数和积分。下一次你使用笔记本电脑、数字电视机或智能手机时,请仔细思考一下。在化学、物理和电子领域,微积分的应用也随处可见。
在摩尔-拉索看来,微积分还有很多问题有待解决,也有很多值得深入探索和挖掘的地方。“这就像是在寻宝,我们要试着寻找一些什么。”她说。